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Pt电极 负极 Pt电极 正极 H₂ O₂ 马达 e⁻ → → e⁻ H⁺ H⁺ H⁺ H⁺ SO₄²⁻ SO₄²⁻ 稀硫酸 氢氧燃料电池装置示意图
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原电池四大构成要素

以氢氧燃料电池为例,点击高亮区域逐步探究

电极材料

导电场所(Pt/石墨)

电极反应物

H₂(还原剂)O₂(氧化剂)

电子导体

导线(外电路传导电子)

离子导体

电解质溶液(内电路)

原电池 vs 燃烧

燃烧:直接接触→热能   原电池:分区进行→电能

电极材料
定义

电极材料是容纳电极反应发生的场所,为反应物提供得失电子的界面。

本装置

使用两个铂(Pt)电极。铂具有优良的导电性和化学稳定性,能吸附气体分子并催化电极反应。

核心要求

电极材料的基本要求是能够导电。石墨虽非金属,也可作电极材料。

关键理解

Pt电极本身不参加化学反应,仅提供反应场所。

导电性催化作用反应场所Pt / 石墨
电极反应物
定义

参与氧化还原反应的物质——还原剂(失电子)和氧化剂(得电子)。

负极反应

H₂在负极失去电子:

H₂ - 2e⁻ → 2H⁺
正极反应

O₂在正极得到电子:

O₂ + 4e⁻ + 4H⁺ → 2H₂O
总反应
2H₂ + O₂ → 2H₂O

与燃烧相同,但不需要点燃

还原剂 H₂氧化剂 O₂氧化还原反应
电子导体
定义

导线,构成外电路,使电子从负极定向移动到正极。

工作原理

H₂失去电子后,电子沿导线经过马达流向正极。定向移动产生电流,马达转动。

与燃烧的区别

燃烧时H₂与O₂直接接触——无定向移动,不产生电流。原电池将反应分区进行。

关键

电路必须闭合

导线外电路定向移动闭合回路
离子导体
定义

电解质溶液,构成内电路,离子定向迁移传导电荷。

本装置

使用稀硫酸。H⁺向正极迁移,SO₄²⁻向负极迁移。

为什么不能用纯水?

纯水几乎不含自由离子,相当于断路

替代方案

NaOH可以,无水乙醇不可以(非电解质)。

电解质溶液内电路离子迁移H₂SO₄